虛擬存儲(chǔ)器是操作系統(tǒng)中的重要內(nèi)容，也是理解的難點(diǎn)和重點(diǎn)，雖然程序員不用直接和虛擬存儲(chǔ)器打交道，但是理解虛擬存儲(chǔ)器能夠更好的理解操作系統(tǒng)的存儲(chǔ)器管理。
虛擬存儲(chǔ)器實(shí)質(zhì)就是硬盤中的一部分存儲(chǔ)器，可以將其作為緩存。
虛擬存儲(chǔ)器的最大好處是實(shí)現(xiàn)在小內(nèi)存系統(tǒng)（較小的物理內(nèi)存）的應(yīng)用。比如一個(gè)linux進(jìn)程的虛擬存儲(chǔ)器大小是4G，其中前3G作為用戶空間，后1G作為內(nèi)存的空間。但是實(shí)際的物理內(nèi)存是一個(gè)2G甚至更小的物理內(nèi)存時(shí)如何處理呢？？這時(shí)虛擬存儲(chǔ)器的概念就體現(xiàn)其巨大的優(yōu)勢(shì)。
虛擬地址和物理地址之間又是如何的轉(zhuǎn)換呢？這些都是需要了解的。虛擬地址是由CPU產(chǎn)生，然后虛擬內(nèi)存需要通過(guò)MMU轉(zhuǎn)換為物理內(nèi)存。
虛擬存儲(chǔ)器和物理存儲(chǔ)器的關(guān)系：
虛擬存儲(chǔ)器文件系統(tǒng)將物理存儲(chǔ)器和虛擬存儲(chǔ)器分成等大小的頁(yè)面，比如4K一頁(yè)，這樣物理存儲(chǔ)器和虛擬存儲(chǔ)器分解成頁(yè)數(shù)量不同的存儲(chǔ)器頁(yè)。通過(guò)一種叫做頁(yè)表（PTE）的結(jié)構(gòu)體實(shí)現(xiàn)虛擬頁(yè)到物理頁(yè)的聯(lián)系。具體的聯(lián)系就是：
頁(yè)表常住在內(nèi)存中，頁(yè)表的大小一般等于虛擬存儲(chǔ)器的頁(yè)數(shù)。每一個(gè)頁(yè)表由一個(gè)有效位和一個(gè)地址位構(gòu)成。當(dāng)有效位是1事，說(shuō)明虛擬頁(yè)中的數(shù)據(jù)緩存到物理內(nèi)存中的起始地址，而如果有效位為0，后面的地址位為null，則說(shuō)明該虛擬頁(yè)還沒(méi)有分配。如果地址位不為null，則指出了該頁(yè)表中在虛擬存儲(chǔ)器的起始地址，但是還沒(méi)有緩存到物理內(nèi)存中。這樣就通過(guò)了頁(yè)表實(shí)現(xiàn)了虛擬頁(yè)和物理頁(yè)之間的聯(lián)系。因此理解頁(yè)表是很重要的。多級(jí)頁(yè)表結(jié)構(gòu)以及STB等技術(shù)都是為了減少常駐空間或者提速。
虛擬地址由VPN和VPO構(gòu)成，而物理地址由PPN和PPO，其中PPO=VPO，其中VPN是指虛擬存儲(chǔ)器中的頁(yè)號(hào)，而PPN是物理存儲(chǔ)器的頁(yè)號(hào)，這個(gè)頁(yè)號(hào)的轉(zhuǎn)換關(guān)系與頁(yè)表有關(guān)。VPO和PPO都是在該也中的偏移量。通過(guò)頁(yè)表和偏移量就能實(shí)現(xiàn)具體位置的訪問(wèn)。
具體的加載方法就是將某個(gè)虛擬存儲(chǔ)頁(yè)得數(shù)據(jù)緩存到任意的物理存儲(chǔ)頁(yè)，這樣就實(shí)現(xiàn)了在虛擬存儲(chǔ)器中連續(xù)頁(yè)，映射到物理內(nèi)存中并不一定是連續(xù)。這樣也減小了對(duì)連續(xù)內(nèi)存的要求。通過(guò)一個(gè)頁(yè)表的引入就能實(shí)現(xiàn)虛擬頁(yè)到物理頁(yè)得映射關(guān)系。
在linux中內(nèi)核為每個(gè)進(jìn)程分配一個(gè)單獨(dú)的頁(yè)表。這樣每個(gè)進(jìn)程都有了相同大小的虛擬存儲(chǔ)空間（4G）。每個(gè)虛擬存儲(chǔ)的空間分配也是相同的，每個(gè)段區(qū)的起始地址也是相同的，這樣就簡(jiǎn)化了共享、加載、鏈接等過(guò)程。
linux采用mmap實(shí)現(xiàn)文件到進(jìn)程虛擬存儲(chǔ)器的加載過(guò)程，加載兩種類型的文件（對(duì)象）：普通文件、匿名文件（二進(jìn)制）。
同時(shí)對(duì)象的形式也是多樣的，主要是理解共享對(duì)象和私有對(duì)象，私有對(duì)象又主要理解私有寫時(shí)頁(yè)保護(hù)。
共享對(duì)象是指將一個(gè)共享對(duì)象映射到各個(gè)進(jìn)程的共享段中，然后通過(guò)頁(yè)表將各個(gè)進(jìn)程的共享段加載到統(tǒng)一的物理存儲(chǔ)器中，這樣各個(gè)進(jìn)程都能實(shí)現(xiàn)對(duì)共享，且在物理存儲(chǔ)器中只有一個(gè)對(duì)象的拷貝。各個(gè)進(jìn)程對(duì)共享對(duì)象的寫操作都會(huì)反應(yīng)到其他的進(jìn)程中以及磁盤文件中。
多個(gè)進(jìn)程對(duì)一個(gè)似有對(duì)象的映射比較有意思。私有對(duì)象的開始生命周期的方式與共享對(duì)象相似，即在物理存儲(chǔ)器中只有一個(gè)私有對(duì)象的拷貝，但是設(shè)置訪問(wèn)的權(quán)限為可讀。如果只是讀過(guò)程，所有進(jìn)程對(duì)似有對(duì)象的訪問(wèn)與共享對(duì)象沒(méi)有差別，但是如果是某一個(gè)進(jìn)程試圖對(duì)私有對(duì)象進(jìn)行寫操作就會(huì)引發(fā)保護(hù)故障，然后在故障處理程序中將（內(nèi)存中）被寫的頁(yè)面內(nèi)容也拷貝到一個(gè)新的存儲(chǔ)頁(yè)面中，并設(shè)置好PTE，將新創(chuàng)建的頁(yè)面設(shè)置為可寫。然后對(duì)新創(chuàng)建的頁(yè)面進(jìn)行寫操作，這樣的操作就不會(huì)導(dǎo)致對(duì)私有對(duì)象的寫操作反應(yīng)到磁盤文件中。這種技術(shù)稱之為“寫時(shí)頁(yè)拷貝”。
fork函數(shù)的理解主要就是弄清楚兩種方式的差別。fork中創(chuàng)建了一個(gè)子進(jìn)程，其中子進(jìn)程和父進(jìn)程的內(nèi)容相同，因此開始是兩個(gè)進(jìn)程共享一個(gè)空間，但是兩個(gè)進(jìn)程分別會(huì)試圖寫一些段（data、bss等），這時(shí)發(fā)生了“寫時(shí)頁(yè)拷貝”，將需要寫的頁(yè)內(nèi)容拷貝到另一個(gè)新創(chuàng)建的頁(yè)中，此時(shí)再次發(fā)生寫操作，這也就是為什么打開的一些文本描述符在子進(jìn)程也能找到，就是因?yàn)閮蓚�(gè)進(jìn)程對(duì)一個(gè)私有對(duì)象沒(méi)有進(jìn)行寫操作時(shí)是對(duì)一個(gè)物理存儲(chǔ)器的一份拷貝，當(dāng)某一個(gè)進(jìn)程寫操作時(shí)，這時(shí)發(fā)生了寫時(shí)頁(yè)拷貝，再次對(duì)新的頁(yè)進(jìn)行操作即可完成且不會(huì)影響別的進(jìn)程。但是本來(lái)的共享區(qū)仍然滿足共享的特征。但是.text等段不會(huì)發(fā)生寫時(shí)頁(yè)拷貝，因此父子進(jìn)程還是共享代碼段。這就是為什么fork函數(shù)后兩個(gè)進(jìn)程是共享代碼段的原因（發(fā)生了私有對(duì)象的寫時(shí)頁(yè)拷貝）。